技術進步與CO2排放:基于跨國面板數據的經驗分析

張兵兵 徐康寧

（東南大學經濟管理學院，江蘇南京 211189）

工業革命以來，伴隨著工業化和城市化的進程，CO2排放量也急劇增加。據IEA的統計數據，2011年全球CO2排放量同比增加3.2%，達到316億t，其中OECD等發達國家的CO2排放量減少了0.6%，而發展中國家的排放量卻增加了6.1%，占據了所有新增排放量。中國、俄羅斯、印度占全球CO2排放總量的40%，持續走高的經濟增長率及增加的能源消耗量是發展中國家CO2排放量增長的主要原因［1］。技術進步是影響CO2排放的關鍵因素，一方面它可以通過提高能源要素利用效率而減少CO2排放，另一方面它促進經濟的快速增長又對能源產生新的需求，從而又增加了CO2排放。技術進步有狹義和廣義之分。狹義的技術進步僅僅指科技創新，而廣義技術進步除了包括科技創新外，還包括管理創新、制度創新等“軟”技術進步［2］。本文應用規范的計量方法來研究不同經濟發展水平國家的技術進步對CO2排放強度的影響如何，有什么樣的方法或路徑可以有效解決經濟增長和CO2排放減少的“兩難”問題?為研究方便，文中所指技術進步均為廣義。

1 文獻回顧

國內外關于技術進步對CO2排放影響研究的文獻主要集中于兩個方面:一是，將污染物排放納入到經濟增長模型的理論研究。相關研究又可劃分為兩類:一類是基于技術進步外生假定的新古典增長模型框架內分析經濟增長對環境的影響。Jaffe等［3］認為內生技術進步對經濟增長與環境關系問題的分析有重要啟示，技術進步可能增加CO2排放也可能減少 CO2排放。Manne和 Richels［4］則更一步指出，忽視內生技術進步可能會夸大經濟增長對環境的影響。Kemfert［5］的研究表明在沒有技術進步的情況下，減排初期會導致產出量的大幅度減少，從而降低整體的福利，在有技術進步的情況下，產出降低的幅度會減小。Gerlagh［6］認為技術進步的價值體現在兩個方面，一方面，它使得碳價格降低，從而降低了強制性減排的負擔;另一方面，存在技術進步情境下的減排可能會產生學習收益，從而使得減排成本降低。Acemoglu等［7］將增長模型擴展為清潔與污染兩個部門，進而考察了經濟增長對CO2排放的影響，他們認為技術進步存在路徑依賴。Angelopoulos等［8］在新古典框架下考察了具有不確定性的技術沖擊和經濟行為對環境的影響。另一類基于技術進步內生假定的內生經濟增長模型。二是，基于經驗數據檢驗的實證研究。朱勤等［9］利用擴展的IPAT模型發現技術進步對CO2排放作用不明顯，經濟增長增加了CO2排放。申萌等［10］在內生經濟增長模型的基礎上引入了技術進步對CO2排放的彈性，構建了技術進步、經濟增長與CO2排放的理論模型，并利用中國1997－2009年的省級面板數據檢驗了中國整體及東、中、西部地區技術進步對CO2排放的影響及程度。姚西龍和于渤［11］的研究結果表明，技術進步對工業的CO2排放起到了抑制作用;行業結構變動則促進了工業的CO2排放，且不同地區之間存在著差異。鄭麗琳和朱啟貴［12］認為在生產技術和環保技術沖擊的共同作用下，環保技術沖擊的減排效應短期顯著，而生產技術沖擊的增長效應則長期占優，但兩類沖擊對全球污染存量變動的影響都十分微弱。

不難看出，不同的文獻對于技術進步指標的衡量不相同，得出的結論也不盡一致。這是因為技術進步是一個無形的變量，如何對其有效衡量一直是經濟學界的難題。技術進步對CO2排放強度的影響是一種全過程的影響，不應局限于生產過程中的某個（些）環節中。基于此，借鑒一般文獻的通用做法，本文運用 DEA方法來測算Malmquist全要素生產率，并依據經濟發展水平不同將全球66個國家劃分為32個發達國家和34個發展中國家，并通過對其分解，分別計算出32個發達國家與34個發展中國家的技術進步指數，運用工具變量固定效應模型的方法，實證分析不同經濟發展水平國家的技術進步對CO2排放強度的影響程度，從而獲得有價值的結論。

2 模型建立和變量選取

2.1 技術進步指數的獲取

DEA方法的基本思路是以非參數方法構造出最佳生產前沿面，所有觀測點都位于這個前沿面之上或之下，然后將決策單元（DMU）的生產組合與最佳前沿面進行比較，進而得出各決策單元效率改進和技術進步的相關情況。具體地，令（xt，yt）表示時刻t的投入和產出。時刻t的生產技術由生產可能性集合定義Ft={（xt，yt）:可用于生產yt的所有xt}，此時，時刻t的生產可能性集合的產出距離函數為Dt（xt，yt）=inf{φ ＞0:（xt，yt/φ∈Ft）}，其中 D表示距離，inf表示集合的最大下限，θ表示技術效率，F表示生產可能前沿。這個函數給出了在t時期技術的情況下，給定xt，產出yt所能被放大倍數的倒數。特別的，Dt（xt，yt）≤1（（xt，yt）∈Ft），當且僅當（xt，yt）位于生產技術的前沿時Dt（xt，yt）=1。借助于距離函數我們可以進一步構造出Malmquist指數，以產出為基礎的Malmquist指數呈現出如下形式:

2.2 核心解釋變量:CO2排放強度

CO2排放強度，簡稱碳強度，是衡量一個地區經濟活動的能源利用效率的指標，用一國或地區CO2排放量占GDP的比重來表示，記為CO2。CO2排放強度數據來源于世界銀行國家發展金融數據庫。它包含了樣本國家生產生活過程中在消費固態、液態和氣態燃料以及天然氣燃燒時產生的CO2。

圖1－2分別是32個發達國家和34個發展中國家的技術進步與CO2排放強度（kg/美元，2000美元價格）關系散點圖。

從圖1可以看到技術進步與CO2排放強度之間似乎存在負相關關系，這是否意味著技術進步可以有效降低CO2排放強度?圖2顯示，技術進步與CO2排放強度之間是非線性相關關系，是否說明針對經濟發展水平不同的國家，技術進步對CO2排放的影響具有異質性?針對圖1－2的疑問，有必要運用相關數據進一步實證分析。

圖1 32個發達國家與地區的技術進步與CO2排放強度Fig.1 32 Technical progress and CO2emission intensity of 32 developed countries and region

圖2 34個發展中國家的技術進步與CO2排放強度Fig.2 34 Technical Progress and CO2Emission Intensity of Developing Countries

2.3 變量指標的選取

若只考察技術進步對CO2排放強度的影響，雖然便于識別技術進步對CO2排放的凈影響，但遺漏了其他重要解釋變量如進口、出口和外國直接投資等因素對CO2排放的影響，可能造成估計結果的不穩和有偏。為了避免上述問題，本文將進口、經濟開放度（出口和外國直接投資）等重要解釋變量納入到工具變量固定效應模型中。其中，CO2為因變量，人力資本為工具變量，技術進步、進口、出口、對外直接投資凈額為自變量。各個指標選取及經濟意義說明如下:

（1）進口。用一國或地區進口額占GDP的比重來表示，記為IM。Mukhopadhyay［14］曾指出印度出口的所有商品中的能源和碳含量小于相應的進口商品，是一個能源和碳凈進口國。

（2）出口。用一國或地區出口總額占GDP的比重來表示，記為EX。Cole和Elliott［15］將規模效應和技術效應合稱為規模技術效應，研究發現，貿易自由化減少了SO2和BOD排放，但增加了CO2和NOX（氮氧化物）排放。

（3）外國直接投資。用一國或地區吸引外資凈流入總額占GDP的比重來表示，記為 FDI。Jorgenson等［16］對FDI與東道國碳排放的關系進行考察，研究表明，FDI對不發達國家的碳排放具有顯著的負面作用。

（4）人力資本。人力資本是實現持續性創新及經濟長期增長的重要保障。本文采用以下方法來計算各個國家的人力資本HC，其計算公式為:

φ（E）是單位勞動力接受E年教育而使生產效率提高的比率，稱之為教育回報率;L為一國總就業人數。

2.4 數據的來源與模型的構建

本文通過以下模型考察技術進步對CO2排放強度的影響:

選取的樣本是全球66個國家，并依據聯合國開發計劃署（UNDP）2010年11月發布的《2010年人文發展報告》將其劃分為32個發達國家和34個發展中國國家。i=1，……66和t=1990，……2011分別是截面和時間指標。數據來源為世界銀行國家發展金融數據庫、EIU國家數據庫、中國經濟信息數據庫等。為了使數據具有可比性文中所有涉及到價格的變量指標均轉換為2000年美元價格的真實水平。缺失數據的處理，主要采用線性插值法進行填補。

3 實證結果與理論解析

3.1 實證結果

考察技術進步對CO2排放強度的影響，還必須考慮到內生性問題。本文運用工具變量固定效應模型的方法來解決。具體方法為:用人力資本作為技術進步的工具變量，運用工具變量固定效應模型的方法對計量模型進行估計。其原理在于人力資本是實現持續性創新的重要保障，可以顯著提高一國的技術進步水平，但人力資本的提升是一個緩慢而長期的過程，短期內不會給一國的技術進步帶來顯著的影響。

表1是工具變量固定效應模型的估計結果。第1列在未引入控制變量的情況下，發達國家的技術進步系數顯著為負。不過，這種關系是否會因引入其它因素而發生變化?還需要引入相關變量后進行觀察。第2列是引入相關變量的估計結果。不難發現，在引入了IM、EX和FDI等變量之后，技術進步對CO2排放強度的影響依然顯著為負，這說明發達國家的技術進步可以有效降低CO2排放強度。第3列未引入控制變量時，發展中國家的技術進步變量的估計系數雖然為負但并不顯著。第4列引入相關變量后，發展中國家的技術進步變量的估計系數依然不顯著為負。這說明就發展中國家而言，技術進步對CO2排放的影響方向具有不確定性。

自從進入2000年以來，由于受到氣候變化、持續走高的石油價格及兩次世界性經濟危機的影響，許多發達國家的CO2排放量已經減少。Oliver等［1］的研究表明，2011年發達國家的CO2排放量已經減少，如歐盟減少3%，美國減少2%，日本減少2%，僅占全球排放量的1/3，與增長率分別為9%和6%的中、印兩國持平。由此可見，發達國家與發展國家的CO2排放有著明顯的階段性特征。為此，我們以2000年為界，對第一階段（1991－2000年）和第二階段（2001－2011年）的跨國數據進行分段回歸估計。為了盡可能避免內生性問題對估計結果的影響，分階段回歸依然是基于工具變量固定效應模型。

分段估計的結果表明（見表2）:針對發達國家，兩階段時期內，技術進步對CO2排放的影響方向具有不確定性:1991－2000年，技術進步對CO2排放強度的影響不顯著為正;2001－2011年，技術進步對CO2排放強度的影響顯著為負即技術進步可以有效降低CO2排放強度。針對發展中國家，兩階段時期內，技術進步對CO2排放強度的影響方向也具有不確定性，其CO2排放強度系數為一正一負且均不顯著。

3.2 理論解析

實證結果表明，不同經濟發展水平的國家，技術進步對CO2排放強度的影響具有異質性特征。其可能的原因在于，發達國家與發展中國家技術進步的路徑選擇是不同的，而技術進步又存在一定的路徑依賴。如果企業初始的獲利技術是骯臟技術（“dirty”technology），那么企業新技術研發可能依舊是骯臟的新技術，就會增加CO2排放;反之，如果企業初始的獲利技術是清潔技術，則新技術也可能是清潔型的，就能夠減少CO2排放［17］。多數發達國家的工業化進程已經完成，并早已開始推廣環保技術和倡導低碳生活理念，形成了對清潔技術的路徑依賴，因此其技術進步可以有效降低CO2排放強度。

表1 技術進步對CO2排放強度影響的估計結果Tab.1 Estimate results of technical progress on carbon dioxide emissions intensity

表2 技術進步對CO2排放影響的分階段估計結果Tab.2 Phases estimate results of technical progress on carbon dioxide emissions intensity

經濟增長是發展中國家的首要任務，在初始生產技術的選擇過程中，發展中國家迫于經濟增長的壓力，傾向選擇容易獲取利潤的骯臟技術，繼而極易形成對骯臟技術的路徑依賴，伴隨著經濟發展水平的提高，能源消費的不斷增加，必然會增加CO2排放量。與理論預期不一致的是回歸結果卻顯示，發展中國家的CO2排放強度系數均不顯著。其可能的原因:一是發展中國家內部對于初始技術進步的選擇也具有異質性。經濟發展水平相對較高的國家也傾向選擇清潔技術，而經濟發展水平相對較低的國家則傾向選擇骯臟技術;二是樣本區間。本文選取的樣本區間是1991－2011年，這期間不同的發展中國家處于工業化發展的不同階段，一些國家如中國、俄羅斯和南非等正處于工業化的后期，另一些國家如烏干達、突尼斯等可能還處于工業化進程中的初級階段，階段不同故而選擇的技術類型也不同，因此造成發展中國家在整體上并不顯著。

4 結論和啟示

本文基于DEA的分析方法測算了Malmquist生產率指數，依據經濟發展水平不同將全球66個國家劃分為32個發達國家和34個發展中國家，并通過對其分解，分別計算出了32個發達國家與34個發展中國家的技術進步指數，運用工具變量固定效應模型的方法，實證檢驗了不同經濟發展水平國家的技術進步對CO2排放強度的影響。結果表明:總體來看，技術進步對CO2排放強度的影響具有異質性的特征。發達國家的技術進步可以有效降低CO2排放強度，而發展中國家的技術進步對CO2排放強度的影響方向具有不確定性。分階段考察顯示，2000年之前，發達國家和發展中國家的CO2排放強度系數均不顯著為正;2001年之后，技術進步對發達國家CO2排放強度的影響顯著為負，而發展中國家不顯著為負。產生異質性的原因可能是不同經濟發展水平的國家對技術進步的路徑選擇不同及對各自選擇技術的路徑依賴。

針對上述結論，發展中國家想要擺脫對骯臟技術的路徑依賴，需要做好以下幾點:第一，注重環保技術的創新和升級，依靠清潔技術進步減少CO2的排放。第二，積極調整產業結構，大力發展低碳產業。工業尤其是重工業在GDP中占的比重較高是廣大發展中國家CO2排放量持續上升的重要原因。因此，廣大發展中國家應積極進行產業結構調整和優化升級，大力發展第三產業，走低碳節能型的工業化道路。第三，積極扶持新能源、節能材料企業發展，努力降低碳基能源和材料的使用。第四，轉變消費觀念，推廣低碳消費。居民的低碳消費觀念還尚未形成，發展中國家的政府應該加大低碳消費的宣傳，讓廣大居民都行動起來，為減少CO2排放做出貢獻。

（編輯:劉照勝）

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